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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba ELETROQUÍMICA Luiz Alberto P da Costa.

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba ELETROQUÍMICA Luiz Alberto P da Costa

2 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba 2 2D.A. de Química e BiologiaLuiz Alberto Conceitos Importantes Oxidação = perda de elétrons Nox aumenta. Zn 0 Zn e - Nox 0 +2 H 2 O 2 H + + ½ O e - Nox 2 0 Redução = ganho de elétrons Nox diminui. Cu e - Cu 0 Nox H 2 O + 2 e - H OH - Nox +1 0

3 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Conceitos importantes Agente Redutor: sofre oxidação. H 2 O 2 H + + ½ O e - Nox 2 0 Sofre oxidação: O Redutor: H 2 O Agente Oxidante: sofre redução. 2 H 2 O + 2 e - H OH - Nox +1 0 Sofre redução: H Oxidante: H 2 O Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia3

4 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Potenciais de Eletrodo (E) Potencial de redução (E red ): Oxidante Qto. maior o E red ; mais fácil a redução; mais forte o oxidante. Exemplo: Zn e - Zn 0 E = 0,76 V Cu e - Cu 0 E = +0,34 V Cu 2+ reduz mais facilmente que Zn 2+. Cu 2+ é oxidante mais forte que Zn 2+. Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia4

5 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Potenciais de Eletrodo (E) Potencial de oxidação (E oxi) : Redutor Qto. maior o E oxi ; mais fácil a oxidação; mais forte o redutor. Exemplo: Zn 0 Zn e - E = +0,76 V Cu 0 Cu e - E = -0,34 V Zn 0 oxida mais facilmente que Cu 0. Zn 0 é redutor mais forte que Cu 0. Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia5

6 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Potenciais de Eletrodo (E) Potencial Padrão deEletrodo (E 0 ) Um potencial é padrão quando medido em concentração 1mol.L -1, a 25 o C e 1 atm de pressão.

7 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Potenciais de Eletrodo (E) Reação Zn + Cu 2+ : Zn e - Zn 0 E o = 0,76 V Cu e - Cu 0 E o = +0,34 V Reação espontânea: O xi: Zn 0 Zn e - Red: Cu e - Cu 0. Global: Zn 0 + Cu 2+ Zn 2+ + Cu 0 Luiz Alberto7D.A. de Química e Biologia

8 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Uso dos Potenciais de Eletrodo (E) Reação Cu + Ag + : Cu e - Cu 0 E o = +0,34 V Ag e - Ag 0 E o = +0,80 V Reação espontânea: Oxi: Cu 0 Cu e - Red: 2 Ag + + 2e - 2 Ag 0. Global: Cu Ag + Cu Ag 0 Luiz Alberto8 Cu o Ag + Cu o Ag o Cu 2+

9 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba D.A. de Química e Biologia Uso dos Potenciais de Eletrodo (E) Reação: Cu Ag + Cu Ag 0 Luiz Alberto9

10 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba D.A. de Química e Biologia Eletrodo Padrão de um Elemento Eletrodo Padrão de Hidrogênio (EPH) Reação de eletrodo: 2 H e - H 2 E o = 0,00 V Luiz Alberto10

11 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba D.A. de Química e Biologia Eletrodo Padrão de um Elemento Eletrodo Padrão de um Metal Reação de eletrodo: Cu e - Cu 0 E o = +0,34 V Luiz Alberto11

12 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba D.A. de Química e Biologia Medida do Potencial Padrão de Redução É feita através do eletrodo padrão de hidrogênio (EPH). E o pilha = E o red (cátodo) – E o red (ânodo) ânodo = Zn 0,76 V = 0,00 V – E o red (ânodo) E o red (Zn) = – 0,76 V Luiz Alberto12

13 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Medida do Potencial Padrão de Redução Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia13

14 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Conc. Iônica no Potencial de Redução Reação de eletrodo: Cu e - Cu 0 E 0 = +0,34 V Se C de Cu 2+ desloc. para direita E red. Se C de Cu 2+ desloc. para esquerda E red. Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia14

15 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Conc. Iônica no Potencial de Redução Equação de Nernst: E = pot. redução em concentração 1mol.L -1 ; E o = pot. padrão de redução; R = cte. universal gases perfeitos = 8,314 J.K -1.mol -1 ; T = 25 o C = 298 K; n = n. o mol e - na reação de eletrodo; F = cte. de Faraday = C; Q = quociente reacional. Juntando todas as constantes e convertendo ln em log, obtém-se: Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia15

16 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Conc. Iônica no Potencial de Redução Quociente reacional (Q): Supondo o eletrodo: M n+ + n e - M, tem-se: Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia16

17 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Conc. Iônica no Potencial de Redução Exemplo 1: Calcular o potencial de redução do eletrodo: Cu 2+ (1x10 -5 mol.L -1 )/Cu o, a 25 o C. Reação de eletrodo: Cu e - Cu o E o = +0,34 V E = + 0,1925 V Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia17

18 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Conc. Iônica no Potencial de Redução Exemplo 2: Calcular o potencial de redução do eletrodo: 2H + (pH = 4)/H 2, a 25 o C e 1 atm. Reação de eletrodo: 2H e - H 2 E o = +0,00 V pH = 4 Conc. H + = 1 x mol.L -1 E = 0,236 V Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia18

19 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Pilhas ou Células Eletroquímicas Pilhas de Eletrodos Metálicos Diferentes: A A x+ + x e - B +y + y e - B Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia19

20 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Pilhas ou Células Eletroquímicas Pilha Zinco-Cobre: Potenciais Padrão de Redução: Zn e - Zn 0 E o = 0,76 V Cu e - Cu 0 E o = +0,34 V Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia20

21 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Pilhas ou Células Eletroquímicas Reação de descarga da pilha: Oxi: Zn 0 Zn e - E o = +0,76 V Red: Cu e - Cu 0 E o = +0,34 V. Global : Zn 0 + Cu 2+ Zn 2+ + Cu 0 E o pilha = +1,10 V Oxidação Redução Ânodo Cátodo Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia21

22 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Pilhas ou Células Eletroquímicas Exercício: Para a descarga da pilha Mg o /Mg 3+ (1 mol.L -1 )//Au 3+ (1 mol.L -1 )/Au o, nas condições padrão, determine: a) a semireação de redução, b) a semireação de oxidação, c) a reação global, d) o ânodo e o cátodo, e) o polo positivo e o polo negativo, f) as espécies químicas oxidante e redutora, g) o sentido do fluxo de elétrons, pelo circuito externo, h) a diferença de potencial padrão. Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia22

23 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Pilhas ou Células Eletroquímicas Concentração iônica e E pilha : Na descarga da pilha: No eletrodo de Zn Conc. Zn 2+ E red Zn No eletrodo de Cu Conc. Cu 2+ E red Cu Quando: E red Zn = E red Cu E pilha = zero equil. quím. Zn 0 + Cu 2+ Zn 2+ + Cu 0 pilha descarregada Notação da pilha: Zn 0 /Zn 2+ (1 mol.L -1 )//Cu 2+ (1 mol.L -1 )/Cu 0 ou Zn 0,Zn 2+ (1 mol.L -1 );Cu 2+ (1 mol.L -1 ),Cu 0 ânodo cátodo Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia23

24 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Pilhas ou Células Eletroquímicas Carga da pilha: cátodo ânodo Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia24

25 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Pilhas ou Células Eletroquímicas Pilha Cobre-Prata: (Cu 2+ /Cu 0 =+0,34V; Ag + /Ag 0 =+0,80V) Oxi: Cu 0 Cu e - E o = 0,34 V Red: 2 Ag e - Ag 0 E o = +0,80 V. Global : Cu Ag + Cu Ag 0 E o pilha = +0,46 V Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia25

26 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Concentração Iônica no E pilha Para a pilha de reação: x M 0 + y N x+ x M y+ + y N 0 Nernst: E = diferença de potencial fora das condições padrão; E o = diferença de potencial padrão; n = número de mol de elétrons transferidos; Q = quociente reacional Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia26

27 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Concentração Iônica no E pilha Exemplo: Calcular E, a 25 o C, para a pilha: Zn o /Zn 2+ (1x10 -5 mol.L -1 ) / /Ag + (5x10 -1 mol.L -1 ) /Ag o. Reação de descarga: Oxid: Zn o Zn 2+ (1x10 -5 mol.L -1 ) + 2 e - E o oxi = + 0,76 V Red: 2 Ag + (5x10 -1 mol.L -1 ) + 2 e - 2 Ag o E o red = +0,80 V Zn o + 2 Ag + (5x10 -1 mol.L -1 ) Zn 2+ (1x10 -5 mol.L -1 ) + 2 Ag o E o = +1,56 V Nernst: 27Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia

28 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba Influência da Concentração Iônica no E pilha Exemplo: Calcular pH, a 25 o C, para o EPH na pilha: Zn o /Zn 2+ (1mol.L -1 ) / /2 H + (pH = ?) /H 2, quando E = 0,56 V. E o e reação da pilha: Oxid: Zn o Zn 2+ (1 mol.L -1 ) + 2 e - E o oxi = + 0,76 V Red: 2 H + ( pH = ?) + 2 e - H 2 E o red = +0,00 V Zn o + 2 H + (pH = ?) Zn 2+ (1mol.L -1 ) + H 2 E o = +0,76 V Nernst: 28Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia

29 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba ELETRÓLISE é o fenômeno de decomposição de uma substância pela ação de uma CORRENTE ELÉTRICA A eletrólise ocorre com soluções onde existam íons ou com substâncias iônicas fundidas 29Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia

30 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba 30Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia Estes objetos foram recobertos com um metal através de processo ELETROLÍTICO

31 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba 31 Uma fonte de energia (CC) faz passar uma corrente elétrica pelo recipiente contendo a solução, ou a substância fundida, provocando a reação química e liberando as espécies finais nos eletrodos ÂNIONS GERADOR CÁTIONS ELÉTRONS + – + –

32 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba 32Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia Podemos dividir a eletrólise em ÍGNEA e AQUOSA ELETRÓLISE ÍGNEA Ocorre com a substância iônica na fase líquida (fundida) ELETRÓLISE AQUOSA Ocorre quando o eletrólito se encontra dissolvido na ÁGUA

33 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba 33 No pólo negativo (cátodo) os cátions recebem elétrons (sofrem redução) e descarregam. C x + + C A A - x e No pólo positivo (ânodo) os ânions perdem elétrons (sofrem oxidação) e descarregam. x - - x e Luiz Alberto ÂNIONS GERADOR CÁTIONS ELÉTRONS +– + – Na eletrólise o pólo negativo é o cátodo e o pólo positivo o ânodo.

34 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba 34Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia Eletrólise ígnea do CLORETO DE SÓDIO ( NaC) No estado fundido teremos os íons sódio (Na ) e cloreto (C ) + – Pólo negativo: Na+ + e – Na Pólo positivo: C – – e – C Reação global: Na+ + e – Na22 2 C – – e – C NaC Na 2+ C 2

35 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Curitiba 35Luiz AlbertoD.A. de Química e Biologia Eletrólise ígnea do ÓXIDO DE ALUMÍNIO (A 2 O 3 ) No estado fundido teremos os íons sódio (A ) e óxido (O ) 3+2– Pólo negativo: + 3+ e – A Pólo positivo: O 2– – e – 3/2 O Reação global: A + 3+ e – A O 2– – e – 3/2 O A 2 O 3 A 2+ 3/2 O 2 A


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